Превращения и круговорот воды

Определения и обозначения

Вода встречается в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. В твёрдом состоянии она бывает льдом и снегом, в жидком — водой в реках, озёрах и лужах, а в газообразном — водяным паром. Состояние зависит от условий, в том числе от нагревания и охлаждения. Это понятие помогает понять, почему вода может выглядеть по-разному, но оставаться одним и тем же веществом.

Испарение — переход воды из жидкого состояния в газообразное. Оно происходит с поверхности воды: отдельные частицы покидают её и смешиваются с воздухом. При нагревании испарение усиливается, потому что частицы движутся быстрее. Зная этот процесс, можно объяснить, почему сохнут мокрые вещи и уменьшаются лужи.

Конденсация — переход водяного пара в жидкую воду. Когда пар охлаждается, часть его превращается в маленькие капли. Так капли появляются, например, на холодном стекле или на поверхности холодного предмета. Это понятие помогает понять, как из невидимого пара возникают видимые капли и облака.

Круговорот воды в природе — непрерывное перемещение воды между земной поверхностью и атмосферой с изменением её состояния. Вода испаряется, в воздухе охлаждается и возвращается на землю в виде осадков. Затем она стекает в водоёмы или просачивается в почву и снова может испариться. Понятие объединяет отдельные превращения воды в один непрерывный процесс.

Как это устроено

Солнечные лучи нагревают поверхность рек, озёр и морей, а также воду в почве. Частицы воды получают энергию и начинают двигаться быстрее, поэтому некоторым из них удаётся покинуть поверхность и перейти в воздух. Так происходит испарение, причём вода не обязана закипать: процесс идёт и при обычной температуре. При более сильном нагревании частицы быстрее получают достаточно энергии, поэтому испарение усиливается.

Поднявшийся вместе с воздухом водяной пар попадает в более холодные слои атмосферы. При охлаждении частицы теряют часть энергии, и пар конденсируется — превращается в мельчайшие капли воды. Если воздух охлаждается у поверхности земли, капли могут образовать туман; выше в атмосфере множество капель и кристалликов льда образуют облака. Так охлаждение объясняет появление видимых скоплений влаги из невидимого пара.

В облаке капли воды сталкиваются и соединяются, а кристаллики льда могут увеличиваться. Когда частицы становятся достаточно крупными и тяжёлыми, воздушные потоки уже не удерживают их. Они падают на землю: жидкие капли — дождём, ледяные кристаллики — снегом, а при определённых условиях образуются градины. Вид осадков зависит от температуры воздуха и от того, как вода меняет состояние по пути вниз.

Оказавшись на поверхности, вода движется под действием силы тяжести. Она стекает по склонам в ручьи, реки и водоёмы, а часть просачивается в почву и пополняет подземные запасы. Некоторая вода задерживается на земле или впитывается растениями, но затем тоже может попасть в воздух. Так вода после осадков не исчезает: она продолжает путь по поверхности и через почву.

Солнце даёт энергию, которая необходима для испарения, и тем самым запускает движение воды из водоёмов и с поверхности суши в атмосферу. Сила тяжести действует иначе: она помогает каплям и кристалликам выпадать из облаков, а воде стекать по поверхности вниз. После возвращения на землю вода снова нагревается, испаряется и проходит следующие этапы. Поэтому круговорот не заканчивается одним дождём, а продолжается снова и снова.

Переходы воды из одного состояния в другое

В таблице показано, какое состояние воды сменяется при каждом процессе. Пример помогает связать название перехода с тем, что можно наблюдать в природе или в быту. Сравнивая строки, проследи, когда вода получает тепло, а когда охлаждается.

Разбор задач

Задача 1. На блюдце оставили немного воды. Объясни, почему через несколько дней её стало меньше. Чтобы ответить, нужно выяснить, могла ли вода перейти в воздух, хотя блюдце не нагревали до кипения. Затем назови этот переход и уточни, откуда именно вода покидает блюдце.

1. Вода находится в жидком состоянии и соприкасается с воздухом своей поверхностью.
2. Даже при комнатной температуре часть частиц воды покидает поверхность и становится невидимым водяным паром.
3. Пар смешивается с воздухом, поэтому вода постепенно уходит с блюдца и её количество уменьшается.

Ответ. Вода испарялась с поверхности при комнатной температуре. Для испарения кипение не требуется.

Задача 2. На холодном стекле появились капли. Объясни, откуда они взялись. Сначала определи, где находилась вода до появления капель. Затем проследи, что произошло с ней у стекла и почему результат процесса стал видимым.

1. В воздухе вокруг стекла находится невидимый водяной пар.
2. При соприкосновении с холодной поверхностью пар охлаждается, а его часть переходит из газообразного состояния в жидкое.
3. Множество маленьких капель собирается на стекле и становится заметным для глаза.

Ответ. Капли образовались из водяного пара воздуха при охлаждении и конденсации на холодном стекле.

Задача 3. Опиши путь капли воды от поверхности озера до возвращения на землю с дождём и объясни, что происходит на каждом этапе. Для решения располагай события по порядку: сначала движение воды вверх, потом образование облака и выпадение осадков. В конце проследи, куда попадёт вода после дождя и как круговорот сможет продолжиться.

1. Солнце нагревает озеро, и вода с его поверхности испаряется; водяной пар поднимается вместе с воздухом.
2. Выше пар охлаждается и конденсируется в мелкие капли. Они собираются в облаке, а капли сталкиваются и укрупняются.
3. Когда капли становятся достаточно тяжёлыми, они выпадают из облака дождём. Вода стекает по земле в ручьи и водоёмы или просачивается в почву.

Ответ. Капля проходит этапы испарения, конденсации и образования облака, затем возвращается на землю с дождём. После стока или просачивания она может снова оказаться в водоёме и испариться.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что вода испаряется только при кипении. Её допускают, потому что кипение легко заметить: вода бурлит, а над ней появляется белое облачко. Но испарение идёт с поверхности и при обычной температуре, поэтому высыхают лужи и мокрая одежда. Проверь себя вопросом: высохла бы вода на блюдце, если бы испарение было возможно только при кипении?

Иногда видимое белое облачко над горячей водой называют водяным паром. Путаница возникает потому, что облачко появляется рядом с горячей водой и кажется продолжением пара. На самом деле водяной пар невидим, а белое облачко состоит из мельчайших капель, возникших при охлаждении. Проверка простая: различай невидимый газ и видимые капли воды.

Неверно думать, что облака состоят только из водяного пара. Пар нельзя увидеть, а облака мы различаем именно потому, что в них есть видимые частицы. Это мельчайшие капли воды и кристаллики льда, которые образуются при охлаждении и могут расти. Чтобы проверить себя, спроси: что именно делает облако заметным для глаза?

Круговорот воды иногда представляют как цепочку, которая заканчивается выпадением дождя. Так кажется, если проследить только путь воды из облака вниз и не учитывать, куда она попадает после осадков. В действительности вода стекает в водоёмы, просачивается в почву и снова испаряется, поэтому цикл повторяется. Проверяя схему, убедись, что после осадков вода возвращается к этапу испарения.

Связь с другими темами

Для понимания круговорота нужно знать, что вода бывает твёрдой, жидкой и газообразной и может переходить из одного состояния в другое при нагревании и охлаждении. Эти знания помогают объяснить появление облаков и осадков, а также наблюдаемые изменения воды в природе и дома. Если отличать испарение от конденсации, легче проследить путь воды в атмосфере.

Тема связана с изучением погоды, облаков и осадков, а также рек и водоёмов. Понимание круговорота помогает объяснить, как вода перемещается по поверхности и возвращается в атмосферу. Эти сведения пригодятся и при разговоре о запасах пресной воды: вода постоянно движется, но доступное человеку количество пресной воды ограничено.

Что запомнить

• Вода в природе бывает твёрдой, жидкой и газообразной.
• При испарении жидкая вода превращается в водяной пар.
• При конденсации водяной пар превращается в капли воды.
• Облака состоят из капель воды и кристалликов льда.
• Осадки возвращают воду из атмосферы на поверхность Земли.
• Энергия Солнца поддерживает испарение, а вода непрерывно участвует в круговороте.